A 第8.1章常用天线

1、第八章 常用天线8.1 直立振子天线镜像原理镜像原理+-+-+-+-地面地面无限大接地面无限大接地面垂直于地面或导电平面架设的天线称为直立振子天线。垂直于地面或导电平面架设的天线称为直立振子天线。地面或导电平面的影响可用镜像原理来考虑。地面或导电平面的影响可用镜像原理来考虑。Dipolmonopole对于半波对称振子，对于半波对称振子，D=1.64 对于直立振子，对于直立振子，D=3.28 (只在上半空间辐射只在上半空间辐射)MonopoleDipol宽带振子天线宽带振子天线电小天线假设天线的高度为假设天线的高度为h，对于电小天线，对于电小天线 ，则天线的等效高度约为则天线的等效高度约为h2h

2、he因此其效率很低。因此其效率很低。由于电小天线的辐射电阻很小，由于电小天线的辐射电阻很小，22040hRplS骣=桫如对于波长为如对于波长为450m，天线为，天线为15m时，天线的效率为时，天线的效率为0.4%3D其方向系数其方向系数提高电小天线的效率的方法加载：目的是提高天线上的电流分布加载：目的是提高天线上的电流分布 增加天线的效率增加天线的效率电感加载：电感加载：电容加载：电容加载：螺旋天线宽频带线天线对数螺旋天线对数螺旋天线对数周期天线对数周期天线2 引向天线 引向器引向器反射器反射器有源振子有源振子该天线具有较强的方向性。该天线具有较强的方向性。一般先取有一般先取有68个引向器，一

3、个反射器。个引向器，一个反射器。3. 面天线惠更斯惠更斯-菲涅尔原理：（经典光学）围绕振荡源作一封闭面，菲涅尔原理：（经典光学）围绕振荡源作一封闭面，封闭面外任一点封闭面外任一点M处的场可认为是，将封闭面上每一点都处的场可认为是，将封闭面上每一点都看作为新的振荡源，每个小振荡源在点看作为新的振荡源，每个小振荡源在点M处产生的振荡的处产生的振荡的总和构成了点总和构成了点M处的场。处的场。 电磁波：空间任意一点电磁波：空间任意一点M处的场，是包围天线的封闭曲面处的场，是包围天线的封闭曲面上各点的电磁扰动产生的次辐射在点上各点的电磁扰动产生的次辐射在点M处迭加的结果。处迭加的结果。 M对于天线在对于

4、天线在M点所产生的场即点所产生的场即为天线口面在为天线口面在M点产生场之和。点产生场之和。先求每个面元的辐射先求每个面元的辐射场，再在整个口面上场，再在整个口面上进行积分，求得整个进行积分，求得整个口面的辐射场。口面的辐射场。JHn1面元上的磁场等效为电基本振子面元上的磁场等效为电基本振子 面元上的电场等效为磁基本振子面元上的电场等效为磁基本振子 mJEn1J JJ Jm m等效面元及其坐标等效面元及其坐标喇叭天线 Horn2211sin( )sin( )EHFFyqyyqy=口面均匀的矩形喇叭天线口面均匀的矩形喇叭天线的远场方向函数的远场方向函数12sin2sin2hkwkyqyq=式中式中

5、口面电尺寸较大时，主瓣宽度为口面电尺寸较大时，主瓣宽度为 11,322,35189. 025189. 02DDDDHdBEdB弧度弧度由上式可见，由上式可见， 。即口面越大，天线的主瓣越窄。即口面越大，天线的主瓣越窄。 则,D24SDS其方向系数为：其方向系数为：由图可查得主瓣最近的第一个小峰值为由图可查得主瓣最近的第一个小峰值为0.214，故第，故第一旁瓣电平一旁瓣电平FSLL为：为：)(4 .1314. 0lg20dBFSLL结论：结论： 最大电场在口面的法线方向上；最大电场在口面的法线方向上； 口面辐射的口面辐射的FSLL和和v取决于口面场分布，如均取决于口面场分布，如均匀，匀，FSLL

6、高，口面利用系数高，口面利用系数v大，但与口面尺大，但与口面尺寸无关；寸无关； 口面分布一定时口面电尺寸越大，主瓣越窄口面分布一定时口面电尺寸越大，主瓣越窄（成正比），方向系数（成正比），方向系数D越大。越大。 抛物面天线5.5G系列切割栅状抛物系列切割栅状抛物面天线面天线5.8GHz抛物面天线抛物面天线 方向性由场的由场的0.707处可主瓣宽度及旁瓣电平：处可主瓣宽度及旁瓣电平： )(4 .22265)(214. 123dBFSLLaadB弧度实际上由于实际上由于加工误差；加工误差；照射器为非理想点源，照射器为非理想点源，有遮挡；有遮挡；抛物面天线为非闭合面；抛物面天线为非闭合面；-主瓣变宽

7、，旁瓣电平提高：主瓣变宽，旁瓣电平提高：)()1916(2)8070(23dBFSLLadB 方向系数对于抛物面的口面方向性系数为：对于抛物面的口面方向性系数为： gSvvSD221244式中式中v1 1为口面利用系数，为口面利用系数， 口面电场均匀分布时为口面电场均匀分布时为1 v2为抛物面天线的截获系数，为抛物面天线的截获系数， 为方向系数因素为方向系数因素11v21vvg 最佳照射：最佳照射：在得到较为均匀的口面场分布，同时又保证功率溢失不大，在得到较为均匀的口面场分布，同时又保证功率溢失不大，使抛物面天线方向系数因素使抛物面天线方向系数因素g达到最大值的工作状态为最佳达到最大值的工作状

8、态为最佳照射。照射。 83. 0maxg由此反推，可知照射器指向口面边缘方向上的归一化方向由此反推，可知照射器指向口面边缘方向上的归一化方向函数接近于函数接近于-10dB。 抛物面天线的最佳方向性系数：抛物面天线的最佳方向性系数： 83. 042SD实际抛物面天线的方向系数：实际抛物面天线的方向系数： )5 . 035. 0(42SD 其增益：其增益： DDGA4.微带天线5.基站天线移动通信基站天线要求：移动通信基站天线要求：1）天线应尽量架高；）天线应尽量架高；2）天线采用垂直极化；）天线采用垂直极化；3）顶点激励，扇形天线）顶点激励，扇形天线 中心激励，全向天线中心激励，全向天线4）高增益天线；）高增益天线；5）天线与馈线尽量匹配。）天线与馈线尽量匹配。基站天线智能基站天线智能基站天线灵通王智能天线灵通王智能天线智能天线智能天线智能天线采用数字信号处理技术判断用户信号到达智能天线采用数字信号处理技术判断用户信号到达方向（即方向（即DOA估计），并在此方向形成天线主波束，估计），并在此方向形成天线主波束，他根据用户信号的不同空间传输方向提供不同的信他根据用户信号的不同空间传输方向提供不同的信道，等同于有线